PBS 項目可行性分析報告

PBS項目可行性分析匯報0概述伴隨人們對環(huán)境保護問題的日益重視，可生物降解且具有良好經濟性的聚合物材料引起人們極大的愛好和關注。據記錄，全世界可生物降解塑料的需求量到達28萬t，北美、歐洲、亞洲市場對生物降解塑料的需求量將以每年15%的速度增長，到需求量將到達55萬t/a。生物降解聚合物中有一大類是脂肪族聚酯，此類聚酯的重要品種有聚己內酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)和聚羥基丁酸酯(PHB)等。在這些材料中，目前研究較多且已經有一定生產規(guī)模的是PLA，如美國卡基爾·道聚合物企業(yè)和日本的三菱樹脂企業(yè)均有了較大規(guī)模的PLA生產線。聚丁二酸丁二醇酯[Poly(butylenesuccinate)]，簡稱PBS，是生物降解塑料材料，它于20世紀90年代開始進入材料研究領域，并迅速成為可廣泛推廣應用的通用型完全生物降解塑料研究的熱點材料之一。與PCL，PHB，聚羥基脂肪酸酯(PHA)等降解塑料相比，PBS具有價格低廉、機械及力學性能優(yōu)秀等特點；而與價格相對靠近的PLA相比，PBS又具有加工以便，可適應目前常規(guī)的塑料加工工藝，耐熱性能好的特點，其熱變形溫度和制品使用溫度可以超過100℃(PLA的耐熱變形溫度只有60℃左右)，同步PBS在可生物降解塑料家族中具有很好的生物降解性能，其降解產物無毒，還可以通過調整其分子構造和匯集態(tài)構造來實現性能和降解速率調控。此外PBS合成的原料來源既可以是石油資源，又可以通過生物質資源發(fā)酵得到，是一種生態(tài)可循環(huán)的高分子合成材料，因此引起了科技和產業(yè)界的高度關注。在這些可完全降解的脂肪族聚酯中，PBS也是目前最具有產業(yè)化前景的通用型可降解塑料之一。PBS可用于包裝材料、一次性材料、農用材料、土木綠化材料、漁業(yè)用材料及生物醫(yī)用高分子材料等領域。1PBS產業(yè)現實狀況及市場預測1.1國內外PBS生產現實狀況國外研究PBS的合成起于20世紀30年代，由科學家Carothers初次合成，由于受當時合成條件所限，所制備的PBS相對分子質量僅為5000，不能作為材料使用。伴隨合成技術的發(fā)展，20世紀90年代PBS才正式產業(yè)化。目前國外生產PBS的企業(yè)重要集中在日本、美國、德國和韓國。日本昭和企業(yè)運用多異氰酸酯作為擴鏈劑，再與縮聚得到的較低相對分子質量PBS進行反應，得到數均相對分子質量為2×105的PBS，并于1993年建成3kt/a的PBS及其共聚物生產裝置，目前生產規(guī)模為5kt/a。日本三井東亞化學企業(yè)采用一步法成功開發(fā)了高相對分子質量的PBS生產工藝；日本三菱化工企業(yè)與Ajinomoto企業(yè)合作開發(fā)從植物淀粉制備丁二酸技術并成功合成了PBS；日本催化劑企業(yè)建成了1套PBS生產裝置，其產品重要用于生產薄膜，還將碳酸鹽引人到PBS樹脂中，制備了耐水型PBS產品，美國伊士曼企業(yè)PBS及其共聚物生產能力為l5kt/a，德國巴斯夫的生產能力為14kt/a，較多的用于吹塑薄膜，此外尚有韓國的S．K．Ind、IreChem．Ltd等均可生產PBS。中國的PBS產業(yè)化起步較晚，但發(fā)展速度較快。目前中國科學院理化技術研究所與杭州鑫富藥業(yè)企業(yè)聯合建成了13kt/a的生產裝置，計劃建設20kt/a的生產規(guī)模，約有50%以上產量出口歐洲；清華大學與安慶和興化工有限企業(yè)合作開發(fā)建設了10kt/a的PBS生產裝置，已投入運行，可以生產擠出、注射、吹塑級PBS樹脂；金發(fā)科技股份有限企業(yè)于在廣東珠海新增了30kt/a的聚(丁二酸/己二酸丁二酯)(PBSA)生產裝置，計劃生產規(guī)模再擴大60kt/a。由中國科學院理化技術研究所與揚州邗江佳美高分子材料有限企業(yè)合作投資5000萬元，建設20kt/a的PBS生產裝置，并試車成功；山東匯盈新材料科技有限企業(yè)建成5kt/a的PBS生產裝置，開始工業(yè)化生產，6月該企業(yè)采用中國科學院一步法聚合專利技術建設的20kt/a的PBS裝置，并正式投產，該企業(yè)計劃再建設1套80kt/aPBS裝置，以形成105kt/aPBS生產能力，力爭將山東打導致為全球PBS最大的生產基地。目前成本高、品質差是制約國內PBS規(guī)模產業(yè)化發(fā)展的關鍵原因，國產PBS的市場價格為23000-27000元/噸，進口PBS的市場價格為28000-4元/噸，填充類制品PBS價格相對低某些15000-24000元/噸。國內外PBS生產企業(yè)狀況見下表1。表1國內外PBS生產企業(yè)狀況企業(yè)名稱生產能力/萬噸備注日本昭和0.51993年建成3kt/a，目前生產規(guī)模為5kt/a，最早實現PBS類聚酯產業(yè)化的企業(yè)，技術力量最強（擴鏈法）日本三井0.3-日本三菱0.3-日本催化劑企業(yè)-重要是PBS改性產品美國伊士曼企業(yè)1.5-德國巴斯夫1.4-韓國S.K--安慶和興化工15月萬噸級裝置試生產成功（直接酯化法）杭州鑫富藥業(yè)1.3一期10月建成，采用中科院理化技術研究所工程塑料國家工程研究中心開發(fā)技術。計劃擴建至2萬噸山東匯盈2.5企業(yè)建成5kt/a的PBS生產裝置，開始工業(yè)化生產，6月企業(yè)采用中國科學院一步法聚合專利技術建設的20kt/a的PBS裝置，并正式投產，企業(yè)計劃再建設1套80kt/aPBS裝置，以形成105kt/aPBS生產能力山西金暉兆隆2總規(guī)劃10萬噸/年，總投資15億元，分兩期完畢：一期建設2萬噸，3月動工，3月建成投產；二期建設8萬噸，動工建設廣州金發(fā)科技3廣東珠海新增了30kt/a的聚(丁二酸/己二酸丁二酯)(PBSA)生產裝置，計劃生產規(guī)模再擴大60kt/a邗江佳美高分子材料2試車成功1.2國內外市場分析目前，全球石油基塑料產量為1.65億t/a。在全球石油資源供應日趨緊張，以石油為原料的合成塑料所引起的環(huán)境保護問題日益突出的狀況下，生物塑料市場需求量將迅速增長；此外，低碳經濟的發(fā)展也給生物降解塑料帶來了新的發(fā)展機遇。因此，各生產商不停擴大產能、積極開發(fā)新品，各國著名征詢企業(yè)也紛紛對生物塑料的未來作出樂觀預測。德國赫爾姆特凱瑟（HelmutKaiser）征詢企業(yè)估計，全球生物降解塑料市場將以年均20%~30%的速度增長，規(guī)模將從的20.3萬t增長到的53萬t，銷售額從4億英鎊擴大到的100億英鎊。美國弗若斯特沙利文企業(yè)（Frost&Sullivan）在12月公布的匯報中估計，歐洲生物市場的產量為30.1萬t，銷售額為7.03億歐元；在到之間，銷售額的復合增長率為26.7%，產量的增長率約為24.6%。11月，在德國柏林舉行的第三屆歐洲生物塑料會議預測，近年來全球生物塑料市場發(fā)展迅速，全球產能將從的15萬t增長到300萬t。巴斯夫發(fā)言人指出，生物塑料無論在零售還是樹脂方面（零售指的是生物塑料產品，樹脂指的是生物塑料原料）都已經形成一種可觀的市場，這一市場將在未來幾年持續(xù)增長。美國生物技術工業(yè)組織預測，未來數年，伴隨聚合技術的進步及加工手段的改善，可生物降解塑料的性能將不停提高，從而刺激美國對可生物降解塑料的市場需求不停增長，從目前起到，生物降解塑料市場需求將以兩位數的速率增長。該機構還預測，伴隨產品價格的減少、性能的改善及人們對其加工機械越來越熟悉，到，聚乳酸在美國將獲得更廣泛的應用，尤其是在包裝膜、熱塑性產品及食品用品等領域將有更大的增長潛力。而產品價格的減少及樹脂共混料性能的提高，也使淀粉基生物降解塑料顯示出很好的增長前景。據專家預測，在此后5~內，我國國內將形成一種以淀粉基、PLA、PBS降解塑料為主的銷售大市場，年產值達幾百億元。在藥物控制釋放材料和骨固定材料及人體組織修復材料等方面，如能以淀粉基、PLA、PBS降解塑料成功的制成幾種藥物控制釋放系統(tǒng)和骨固定材料及微創(chuàng)導管材料并進入市場，年產值也將至少有幾十億元；在生態(tài)纖維制品方面，如能開發(fā)并生產出優(yōu)質的纖維制品，將有年產值100億元的市場銷售空間；在降解塑料平常制品方面，我國消費市場空間更大，年銷售額將達上百億元。按照產品生命周期分析，生物塑料產品尚處在萌芽期和發(fā)展期，市場存在巨大增長潛力，其市場需求將由幾大原因決定：國家政策，客戶需求，石油漲價等。而這些原因和條件正在逐漸形成，尤其是低碳經濟的興起，更是對全球生物塑料的發(fā)展起到了明顯的推進作用。同步，碳排放交易將取代石油期貨交易，這也很也許增進生物塑料市場需求呈爆炸式增長。2PBS的合成技術脂肪族聚酯的合成措施有生物發(fā)酵法和化學合成法兩種，但由于前者的生產成本較高，因此目前國內外一般采用化學合成法來生產PBS?；瘜W合成法可對產品進行分子設計，成本相對較低，包括直接酯化法、酯互換法和擴鏈法。2.1直接酯化法先在較低反應溫度下將丁二酸（或丁二酸酐）與丁二醇加入反應器中，加入一定量的催化劑進行酯化反應，形成有端羥基的預聚物，然后再在高溫、高真空的條件下脫除二元醇（或水），即生成PBS。直接酯化縮聚法生成PBS重要可分為如下3種措施：(1)熔融縮聚法：是目前普遍采用的一種生產PBS的聚合措施，其采用兩步合成法。首先在較低溫度下將丁二酸和丁二醇酯化，隨即加入催化劑，在高真空條件下，采用更高的溫度進行縮聚反應。(2)溶液縮聚法（溶劑共沸脫水法）：是使用不一樣的溶劑，在一定的溫度下反應一定的時間讓溶劑帶走一部分水，丁二酸（或丁二酸酐）和丁二醇完畢酯化，采用更高的溫度進行縮聚反應。(3)熔融溶液相結合法：中國科學院上海有機化學研究所使用了溶液與熔融相結合的措施來生產PBS，使用甲苯作為溶劑，先溶液法酯化24h，升溫蒸出甲苯，然后加入催化劑，再在高溫高真空下熔融縮聚得到分子質量高的共聚物。但熔融溶液相結合法也有其缺陷，即反應時間太長、效率低，需深入研究改善。2.2酯互換法以二元酸二甲酯或二乙酯與等物質量的二元醇，在高溫、高真空條件下經催化劑催化脫甲醇或乙醇，從而制得PBS，這種措施生產成本相對較高，需要先得到丁二酸二甲酯，再者甲醇的毒性較大，假如回收不妥，會引起環(huán)境問題。。2.3擴鏈法由于前兩種合成反應過程中同步存在著逆方向的解聚反應，平衡常數較小，并且在反應過程中需要不停地排除小分子物質，以控制化學反應向正方向進行，從而獲得所需相對分子質量較高的PBS。但在反應過程中，尤其是在反應后期，溫度往往超過200℃，不可防止地會出現脫羧、熱降解、熱氧化等副反應，這樣就會影響相對分子質量的提高。因此為了深入提高相對分子質量，擴鏈反應往往是個不錯的選擇。對于擴鏈法，在工藝上首先使丁二酸與丁二醇進行酯化和預縮聚，合成具有端羥基的低分子量PBS預聚物(分子量低于10000)，然后在一定條件下，加入擴鏈劑，對其進行擴鏈，在短時間內，使PBS的數均分子量迅速抵達十多萬，并且分子量分布較窄(Mw/Mn=1.4~1.8)，遠比既有的擴鏈措施合成PBS的分子量分步窄。相對于直接縮聚法，該工藝流程簡樸，對反應條件規(guī)定的苛刻程度低，具有聚合時間短，設備規(guī)定低，尤其是對真空規(guī)定沒有直接縮聚法高，所合成的PBS不僅分子量較高，且分子量分布也較窄。此外，合成成本低，易于工業(yè)放大。該工藝由于對真空規(guī)定相對較低，PBS預聚物合成時間較短，可有效防止使用直接縮聚法合成PBS過程中丁二醇在高溫高真空條件下的環(huán)化反應，生成副產物四氫呋喃的問題，并且具有便捷、高效、設備投資低等長處，因而近年來在國內外很受重視。3成本及工藝對比分析表2不一樣措施制備PBS的工藝及成本項目措施飽和二元酸酯化法（丁二酸與丁二醇反應）酯互換法（丁二酸二甲酯與丁二醇反應）飽和二元酸酐酯化法（丁二酸酐與丁二醇反應）擴鏈法（丁二酸、丁二醇反應及擴鏈劑）工藝條件長處操作簡樸易控；成本低；技術成熟；反應溫度溫和，低于200℃；聚合速率快；操作簡樸易控；分子量較高；產物清潔，回收后處理以便；工藝流程簡樸，反應溫度溫和，對設備規(guī)定低；操作便捷；分子量高；缺陷反應溫度高；丁二酸會腐蝕設備；分子量不高，存在副反應；對設備規(guī)定高；反應條件苛刻；成本高；酸酐與二元醇反應機理復雜，需先制得丁二酸酐，研究該措施文獻資料較少；產品會引入擴鏈劑基團，產品的安全衛(wèi)生受到影響，在食品、藥物、化妝品接觸制品及個人衛(wèi)生用品上限制使用；原料成本SA價格1.4萬元/噸；BDO價格0.84萬元/噸；DMS價格0.87萬元/噸；BDO價格0.84萬元/噸；丁二酸酐價格2.7萬元/噸；BDO價格0.84萬元/噸；SA價格1.4萬元/噸；BDO價格0.84萬元/噸；擴鏈劑價格1.1萬元/噸；生產成本16236.911091.918720.916844.9注：BDO價格來源于浙鐵江寧技術信息8月月報，擴鏈劑采用的是甲苯二異氰酸酯，價格是網上報價，催化劑價格費用未考慮。不一樣措施制備PBS的工藝及成本分析比較見表2，不一樣措施制備聚丁二酸丁二醇酯項目成本預算分析見表3。表3不一樣措施制備聚丁二酸丁二醇酯項目成本預算表二元酸酯化法單耗含稅單價（元/t）成本（元）一、原材料名稱丁二酸（t/t）0.691400096601，4-丁二醇（t/t）0.5884004872其他115001500二、公用工程名稱電（kWh/t）600.7545循環(huán)水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮氣（Nm3/t）300.618儀表空氣（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小計16236.90二元酸酐酯化法單耗含稅單價（元/t）成本（元）一、原材料名稱丁二酸酐（t/t）0.427000108001，4-丁二醇（t/t）0.7484006216其他115001500二、公用工程名稱電（kWh/t）600.7545循環(huán)水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮氣（Nm3/t）300.618儀表空氣（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小計18720.9酯互換法單耗含稅單價（元/t）成本（元）一、原材料名稱丁二酸二甲酯（t/t）0.49870042631，4-丁二醇（t/t）0.6184005124其他115001500二、公用工程名稱電（kWh/t）600.7545循環(huán)水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮氣（Nm3/t）300.618儀表空氣（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小計11091.9擴鏈法單耗含稅單價（元/t）成本（元）一、原材料名稱丁二酸（t/t）0.591400082601，4-丁二醇（t/t）0.884006720擴鏈劑（t/t）0.0611000660其他10.11000二、公用工程名稱電（kWh/t）600.7545循環(huán)水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮氣（Nm3/t）300.618儀表空氣（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小計16844.9此外初步記錄了一下5000噸/年的丁二酸二甲酯產量項目經濟評價（見表4），以及1000噸/年的（電化學法）丁二酸產量項目經濟評價（見表5）。表4.5000噸/年的丁二酸二甲酯產量項目經濟評價消耗含稅單價（元/t）DMS成本（元/t）一、變動成本1.順酐（t/t）0.7006000.0004200.0002.催化劑（kg/t）0.200150.00030.0003.循環(huán)水（m3/t）150.0000.40060.0004.電（Kwh/t）400.0000.750300.0005.儀表空氣（Nm3/t）30.0000.73021.9006.蒸汽（t/t）1.500160.000240.0007.氫氣（t/t）44.6001.90084.7408.氮氣（t/t）20.0000.60012.0009.甲醇（t/t）0.4602900.0001334.000變動成本小計6282.640二、固定成本10.工人工資及附加6.00097300.00116.76011.折舊573.42012.修理及其他制造費用150.000固定成本小計840.180生產成本合計7963.00三、期間費用13.管理費用233.52014.財務費用297.87715.固定資產貸款利息攤銷16.流動資產利息0.00017.營業(yè)稅金及附加173.267期間費用小計704.664完全成本8667.664表5.1000噸/年的丁二酸產量項目經濟評價（電化學法）消耗含稅單價（元/t）丁二酸成本（元/t）一、變動成本1.順酐（t/t）1.0216000.0006126.0002.硫酸98%（kg/t）0.490900.000441.0003.純水（t/t）1.6002.0003.2004.活性炭（t/t）0.0106000.00060.0005.電（Kwh/t）1531.0000.7501148.250變動成本小計7778.45二、固定成本10.工人工資及附加6.00097300.00116.76011.折舊573.42012.修理及其他制造費用150.000固定成本小計840.180生產成本合計8618.63三、期間費用13.管理費用233.52014.財務費用297.87715.固定資產貸款利息攤銷16.流動資產利息0